JP5691424B2

JP5691424B2 - ドリル

Info

Publication number: JP5691424B2
Application number: JP2010256431A
Authority: JP
Inventors: 一範北森; 関口　徹; 徹関口
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: US8851808B2; JP2012106307A; US20120121350A1

Description

本発明は、主に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの穴あけ加工で使用するドリルに関する。

自動車や航空機などに用いられる部品（部材）の穴あけ加工を行う際には、その材質に応じた種々のドリルが使用されている。被削材がアルミニウムなどの金属材料の場合には、切り屑詰まりを防止するために被削材とドリルとが溶着しない性能がドリルには求められる。また、被削材がＣＦＲＰのような高密度繊維材料のような場合には、加工穴精度を確保するために繊維材料に起因した層間剥離やバリの発生を抑制する性能がドリルには求められる。

例えば、特許文献１ではドリルの逃げ面を、切れ刃を含む第１逃げ面と、第１逃げ面より回転方向後方にある第２逃げ面と、チゼルエッジを含む第３逃げ面と、第２逃げ面と第３逃げ面との間に形成された段差面からなる第４逃げ面とから構成し、第４逃げ面が外周方向に向かって増大しているために、アルミニウムなどの合金を被削材とする場合に被削材とドリルとの切削熱による溶着を防止する旨が開示されている。当該ドリル先端部の拡大斜視図を図４に示す。

特許第４１２０３１９号公報

しかし、図４に示すように特許文献１に開示されたドリル１’は切り屑の排出特性を向上させるために第４逃げ面２３が外周方向に向かって増大しており、第１逃げ面２０は第２逃げ面２１と第３逃げ面２２とのみ境界（稜線）を有しているので、第１逃げ面２０に発生する摩擦熱は第１逃げ面２０以外に第２逃げ面２１および第３逃げ面２２のみから放熱されることになる。そのため、油穴を有しないドリルにおいて被削材がＣＦＲＰのような高密度繊維材料であり、エアブローのみで切削加工を行う場合には、第１逃げ面２０に発生する摩擦熱が放熱量を上回ると被削材の穴径精度の確保が困難になり、最終的には層間剥離（デラミネーション）を引き起こすという問題があった。

また、ドリル径が小さい場合、第３逃げ面２２の逃げ角を第２逃げ面２１よりも大きくする（第２逃げ面２１と第３逃げ面２２との間で段差面を設ける）ためには、先端が微小な砥石を用いて熟練した加工（製作）技術が必要になり、大量生産を要するドリルの寸法品質を確保し難いという問題があった。

そこで、本発明においては前述した問題点に鑑みて、加工穴数が増加しても穴径精度を保ちながら、層間剥離（デラミネーション）を抑制できるドリルを提供することを課題とする。また、従来の砥石でも製作容易なドリルを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明においては、切れ刃を形成する稜線を有する第１逃げ面と、第１逃げ面に連続して形成されるランド部を形成する稜線を有する第２逃げ面と、第１逃げ面に連続して形成されるチゼルエッジを形成する稜線を有する第３逃げ面とを有するドリルであって、第１逃げ面および第３逃げ面の各逃げ面を形成する稜線ならびに第２逃げ面を形成する谷線によって囲まれる第４逃げ面を有し、第１逃げ面が第４逃げ面と共有する稜線を介して接触しているドリルを提供する。これにより、第１逃げ面は、第２逃げ面および第３逃げ面だけでなく第４逃げ面とも共有する稜線を介して接触しているので、第４逃げ面からも第１逃げ面に発生する摩擦熱を迅速に放熱できる。以下、本発明に係るドリルの逃げ面を構成する第１ないし第４逃げ面について説明する。

第１逃げ面は、本発明に係るドリルの切れ刃を形成する稜線を有する逃げ面であり、一般的なドリルにおいて単に「逃げ面」と称される部位である。また、第１逃げ面には、ドリル回転方向の後方側に境界部（稜線）を介して後述する第２逃げ面ないし第４逃げ面が連続的に形成されている。第１逃げ面の逃げ角（第１逃げ角）は、５度以上１０度以下とする。第１逃げ角を限定する理由は、５度未満の場合には表面粗さの大きい被削材との間で摩擦抵抗が発生するおそれがあり、１０度を超える場合には切れ刃の剛性が低下してチッピングが発生しやすくなるためである。

第２逃げ面は、第１逃げ面よりもドリル回転方向の後方側であって、第１逃げ面に連続して形成されており、ランド部を形成する稜線を有する逃げ面である。また、第２逃げ面と第１逃げ面とが共有する稜線はチゼルポイントから外周側に延びる稜線とは異なる。すなわち、後述する第３逃げ面と第１逃げ面とが共有する稜線は、チゼルポイントから外周側に延びる稜線と同一の稜線であるが、第２逃げ面と第１逃げ面とが共有する稜線とは異なる稜線である。さらに、第２逃げ面の逃げ角（第２逃げ角）は２０度以上３０度以下とする。第２逃げ角を限定する理由は、２０度未満の場合には第１切れ刃の剛性が小さくなることでチッピングが発生しやすくなり、３０度を超える場合には後述する第３逃げ面よりも大きいとドリル回転方向の後方側で第３逃げ面との間で段差が生じる結果、被削材との摩擦抵抗が増大するおそれがあるためである。

第３逃げ面は、第１逃げ面よりもドリル回転方向の後方側であって、第１逃げ面に連続して形成されており、チゼルエッジを形成する稜線を有する逃げ面である。第３逃げ面と第１逃げ面とが共有する稜線は、チゼルポイントから外周側に延びる稜線と同一の稜線である。また、第３逃げ面と第２逃げ面との間には段差があり、その段差面が後述する第４逃げ面を形成している。さらに、第３逃げ面の逃げ角（第３逃げ角）も第２逃げ角と同様に２０度以上３０度以下とする。第３逃げ角を限定する理由は、２０度未満の場合には切り屑の排出特性が損なわれてしまい、３０度を超える場合にドリル先端部分の切れ刃の剛性が小さくなりチゼルエッジ付近でのチッピングが発生する恐れがあるためである。

第４逃げ面は、第１逃げ面および第３逃げ面の各逃げ面を構成する稜線ならびに第２逃げ面を構成する谷線に囲まれた逃げ面である。また、第４逃げ面は第１逃げ面および第３逃げ面と第２逃げ面との段差面でもあるので、第１ないし第３逃げ面とは互いに垂直に交わっている。第４逃げ面の幅（第２逃げ面と第３逃げ面との段差幅）は、本発明のドリルの外周方向に近づくにつれて小さくなる。第４逃げ面は第１逃げ面と共有する稜線を介して接触しているので、第１逃げ面で発生する摩擦熱を迅速に放熱できる。

また、請求項２に係る発明においては、第２逃げ面と第３逃げ面との段差幅である第４逃げ面の幅が本発明に係るドリルの外周方向に近づくにつれて狭くなり、第２逃げ面の最外周を形成する稜線が第３逃げ面の最外周を形成する稜線と段差なく連続的につながっているドリルとした。このような構成により、被削材がＣＦＲＰのような高密度繊維材料の場合には切削加工完了時のドリル貫通がスムーズになる。

なお、本発明に係るドリルは、通常のドリルをランド部側より所定寸法だけ砥石の角部へ押し付けて研削することで第２逃げ面および第４逃げ面が形成されるので、ドリルの製作も容易である。

以上述べたように、本発明においては、切れ刃を形成する稜線を有する第１逃げ面と、第１逃げ面に連続して形成されてランド部を形成する稜線を有する第２逃げ面と、第１逃げ面に連続して形成されてチゼルエッジを形成する稜線を有する第３逃げ面とを有するドリルであって、第１逃げ面および第３逃げ面の各逃げ面を形成する稜線ならびに第２逃げ面を形成する谷線によって囲まれる第４逃げ面を有し、第１逃げ面が第４逃げ面と共有する稜線を介して接触しているドリルを用いることにより、第４逃げ面を介して第１逃げ面に発生する摩擦熱を迅速に放熱できるので、被削材の穴径精度を保ちながら層間剥離（デラミネーション）を抑制できるという効果を奏する。

また、本発明に係るドリルは、通常のドリルをランド部側より通常の砥石の角部へ所定寸法だけ押し付けて研削することで、第２逃げ面および第４逃げ面が形成されて容易に製作できるので、先端が微小な砥石を用いた熟練した加工（製作）技術も不要になり、大量生産を要するドリルの寸法品質を満たすことができる。

本発明の実施の形態の一例であるドリルの正面図である。図１のドリル先端部の拡大斜視図である。（ａ）は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面図であり、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線矢視の断面図である。従来ドリル先端部の拡大斜視図である。

本発明の実施の形態について、本発明に係るドリル１を二つのねじれ溝を有するツイストドリルに適用した場合について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるドリル１の正面図、図２は図１のドリル１先端部の拡大斜視図、図３（ａ）は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面図、同図（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線矢視の断面図である。

図１および図２に示すように、二つのねじれ溝５、５を持つドリル１は、その先端部であるチゼルポイント２を含むチゼルエッジ３から延びる稜線である切れ刃４を有する。また、切れ刃４とドリル１の外周との交点では外周コーナ６が形成されている。さらに、ドリル１の逃げ面は、第１逃げ面１０、第２逃げ面１１、第３逃げ面１２、および第４逃げ面１３から構成されている。

第１逃げ面１０は、本発明に係るドリル１の切れ刃４を形成する稜線を有する逃げ面である。また、第１逃げ面１０にはドリル１の回転方向の後方側に境界部（稜線）を介して、第２逃げ面１１、第３逃げ面１２、および第４逃げ面１３が連続的に形成されている。

第２逃げ面１１は、第１逃げ面１０よりもドリル１の回転方向の後方側であって、第１逃げ面１０に連続して形成されており、ドリル１のランド部７を形成する稜線を有する逃げ面である。また、第２逃げ面１１と第１逃げ面１０とが共有する稜線１００はチゼルポイント２から外周側に延びる稜線１０１とは異なる。すなわち、第３逃げ面１２と第１逃げ面１０とが共有する稜線１０１は、チゼルポイント２から外周側に延びる稜線１０１と同一の稜線であるが、第２逃げ面１１と第１逃げ面１０とが共有する稜線１００とは異なる稜線である。

第３逃げ面１２は、第１逃げ面１０よりもドリル１の回転方向の後方側であって、第１逃げ面１０に連続して形成されており、チゼルエッジ３を形成する稜線を有する逃げ面である。第３逃げ面１２と第１逃げ面１０とが共有する稜線１０１は、チゼルポイント２から外周側に延びる稜線１０１と同一の稜線である。また、第３逃げ面１２と第２逃げ面１１との間には段差があり、その段差面が第４逃げ面１３を形成している。

第４逃げ面１３は、第１逃げ面１０および第３逃げ面１２の各逃げ面を構成する稜線１０２、稜線１０３ならびに第２逃げ面１１を構成する谷線１０４に囲まれた逃げ面である。また、第４逃げ面１３は、第２逃げ面１１と第３逃げ面１２との段差面でもあるので、第２逃げ面１１および第３逃げ面１２とは互いに垂直に交わっている。第４逃げ面の幅ｄ（第２逃げ面１１と第３逃げ面１２との段差幅）は、ドリル１の外周方向に近づくにつれて狭くなり、第３逃げ面１２と第４逃げ面１３とが共有する稜線１０３と、第２逃げ面１１と第４逃げ面１３とが共有する谷線１０４とは交点１０７で交わっている。

また、図３（ａ）に示すように第１逃げ面の逃げ角（第１逃げ角）α１は５度以上１０度以下として、第３逃げ面の逃げ角（第３逃げ角）α３は２０度以上３０度以下の各範囲になるように設定し、図３（ｂ）に示すように第２逃げ面の逃げ角（第２逃げ角）α２も２０度以上３０度以下の範囲になるように設定する。さらに、第３逃げ角α３が第２逃げ角α２よりも大きい場合には、第２逃げ面１１の最外周を形成する稜線１０５は第３逃げ面１２の最外周を形成する稜線１０６と段差なく連続的につながる。

本発明に係るドリル（以下、本発明品という）および従来のドリル（以下、従来品という）を用いた切削加工後の被削材への影響を確認するため、以下の条件で切削試験を行った。その結果について表１ないし表３を用いて説明する。本切削試験に用いたドリル（本発明品および従来品）は、ドリル径６．７９６ｍｍ、ドリル長さ８０ｍｍ、溝長さ３６ｍｍ、ねじれ角２６°、先端角９０°、シャンク径７ｍｍを共通仕様とした。また、本発明品は第１逃げ角７．５°、第２逃げ角２５°、第３逃げ角２５°とする油穴付きドリルとして、従来品は二番面の角度（本発明品の第１逃げ角に相当）を７．５°、三番面の角度（本発明品の第３逃げ角に相当）を２５°とする油穴付きドリルを用いた。

本切削試験は本発明品および従来品の２種類のドリルを用いて、以下の条件で加工穴が１２．５ｍｍ深さに到達するまで切削加工を行った。同時に累積加工穴数が１００穴から６００穴までの間で１００穴毎に加工穴の観察およびドリルの各部位における摩耗状況の観察を行った。
・切削速度：１２０ｍｍ／ｍｉｎ
・ドリルの送り量：０．３８ｍｍ／ｒｅｖ
・ドリルの送り速度：２１２８ｍｍ／ｍｉｎ
・ドリル回転数：５６００ｍｉｎ^−１
・被削材：ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）
・切削油：なし（エアブロー０．５ＭＰａ）

表１は本発明品を用いて切削試験を行い、累積加工穴数が６００穴に到達するまで１００穴毎にドリルのチゼルエッジ、切れ刃、外周コーナ、マージン、すくい面およびシンニングの各部位を観察したときの摩耗状況の観察結果であり、表２は従来品を用いた場合の観察結果である。表中の「○」とは切削試験後に上述する各観察部位でチッピングなどの損傷が確認されなかったことを示し、「×」は切削試験後に上述する各観察部位でチッピングなどの損傷が確認されたものを示す。また、表中の「−」はドリルに不具合が生じて切削試験を継続できないために観察できなかったことを示す。

表１に示すように、本発明品は累積加工穴数が４００穴に到達するまでチゼルエッジ、切れ刃、外周コーナ、マージン、すくい面およびシンニングの各部位のいずれにもチッピングなどの損傷は観察されなかった。しかし、累積加工穴数が５００穴に到達したときには外周コーナおよびマージンにチッピングが発生して損傷が確認された。また、累積加工穴数が６００穴になった時にも外周コーナおよびマージンには損傷が確認されたが、その他の観察部位（チゼルエッジ、切れ刃、すくい面およびシンニング）には損傷は確認されなかった。

これに対して、従来品は累積加工穴数が１００穴に到達した時点でチゼルエッジ、切れ刃、外周コーナ、マージン、すくい面およびシンニングの全ての部位で著しいチッピングが発生したので、切削試験を継続できなくなった。そのため累積加工穴数が２００穴目以降の各部位の観察は行うことができなかった。

次に、表３は本発明品および従来品を用いた切削試験において累積加工穴数が１００穴から６００穴までの間で１００穴毎に被削材の加工穴（貫通側）の層間剥離（デラミネーション）量を測定した結果を示す。層間剥離量はマイクロスコープ等の拡大鏡を用いて、加工穴の外周縁から層間剥離が確認できる位置までの最長距離を測定することにより行った。

表３に示すように、本発明品を用いた切削試験では層間剥離量が、累積加工穴数が１００穴目で０．４１ｍｍ、２００穴目で０．４３ｍｍ、３００穴目で０．４７ｍｍ、４００穴目で０．４９ｍｍと累積加工穴数の増加に伴って大きくなることがわかった。ところが、累積加工穴数が５００穴目では０．３４ｍｍ、６００穴目では０．３５ｍｍとなり、累積加工穴数の増加に伴って小さくなった。なお、穴径精度は１００穴目から６００穴目まで層間剥離量を測定した加工穴については、ドリル径（６．７９６ｍｍ）に対して全て許容範囲内であった。

本発明品については累積加工穴数が５００穴目以降になって層間剥離量が小さくなった原因は明確ではないが、表１にも示すように累積加工穴数が５００穴目で外周コーナおよびマージンにチッピングが発生しているにもかかわらず、被削材の層間剥離量に対する影響は確認されず、むしろ累積加工穴数が増加するほど層間剥離量は小さくなった。このことから、本発明品は切れ刃を有する第１逃げ面が第４逃げ面に接しており、被削材と切れ刃との間で発生する摩擦熱が第４逃げ面を通して速やかに放熱できたので、結果として累積加工穴数が増加しても穴径精度を保ちながら、層間剥離の進展を抑制できたと考えられる。

これに対して、従来品を用いた切削試験では層間剥離量は累積加工穴数が１００穴目で０．４１ｍｍであったが、表２に示したようにチゼルエッジ、切れ刃、外周コーナ、マージン、すくい面およびシンニングの全ての部位で著しいチッピングの発生により切削試験が継続できなくなったので、層間剥離量を測定できなかった。

以上の結果より、本発明に係るドリル、すなわち切れ刃を形成する稜線を有する第１逃げ面と、第１逃げ面に連続して形成されてランド部を形成する稜線を有する第２逃げ面と、第１逃げ面に連続して形成されてチゼルエッジを形成する稜線を有する第３逃げ面とを有するドリルであって、第１逃げ面および第３逃げ面の各逃げ面を形成する稜線ならびに第２逃げ面を形成する谷線によって囲まれる第４逃げ面を有し、第１逃げ面が第４逃げ面と共有する稜線を介して接触しているドリルを用いることにより、第４逃げ面を介して第１逃げ面に発生する摩擦熱を迅速に放熱できるので、被削材の穴径精度を保ちながら層間剥離を抑制できた。

１、１’ ドリル
３チゼルエッジ
４切れ刃
７ランド部
１０、２０第１逃げ面
１１、２１第２逃げ面
１２、２２第３逃げ面
１３、２３第４逃げ面
１００稜線
１０１稜線
１０２稜線
１０３稜線
１０４谷線
１０５第２逃げ面の最外周を形成する稜線
１０６第３逃げ面の最外周を形成する稜線
ｄ第４逃げ面の幅

Claims

切れ刃を形成する稜線を有する第１逃げ面と、前記第１逃げ面に連続して形成されてランド部を形成する稜線を有する第２逃げ面と、前記第１逃げ面に連続して形成されてチゼルエッジを形成する稜線を有する第３逃げ面と、を有するドリルであって、前記第１逃げ面および第３逃げ面の各逃げ面を形成する稜線ならびに前記第２逃げ面を形成する谷線によって囲まれた第４逃げ面を有し、前記第１逃げ面が前記第４逃げ面と共有する稜線を介して接触していることを特徴とするドリル。
前記第２逃げ面と前記第３逃げ面との段差幅である前記第４逃げ面の幅が前記ドリルの外周方向に近づくにつれて狭くなり、前記第２逃げ面の最外周を形成する稜線が前記第３逃げ面の最外周を形成する稜線と段差なく連続的につながっていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。